等热静压专家Hot Isostatic Pressing Expert

钢研昊普科技

等热静压专家Hot Isostatic Pressing Expert

陕西渭南德国新材料科工贸代表 何新民

2020年10月25日

    创业创新是国家赢得未来的基础和关键。双创由'众’而积厚成势，因'创’而破茧成蝶。尽心支持每一次创业，悉心呵护每一个创新，使更多创意在碰撞中结出成果、让更多创客靠奋斗人生出彩，激励越来越多的人勇于创业、善于创新。陕西百卓天工渭南东胜实业自2018年12月设立中德建筑新材料国际合作项目部以来，瞄准国际前沿，一直关注国际国内钢研新材料科技发展态势，并寻求合作机会。

钢研昊普科技有限公司成立于2019年11月，总部位于北京市中关村核心区，是中国钢研科技集团有限公司旗下全资子公司。

中国钢研是国内最早从事热等静压技术研究与开发的机构，在热等静压领域拥有雄厚的综合优势，具有丰富的热等静压技术应用实践经验。多年以来，中国钢研承担了各领域高端产品的热等静压加工处理业务，对我国重要工业产品质量起到了支撑和保障作用，为国民经济的发展做出了重要贡献。

传承中国钢研六十余年的技术积累，钢研昊普现拥有中国先进的热等静压技术和NADCAP认证的热等静压工程技术研究中心。利用中国钢研平台和资源，面向全球，致力于为高端客户提供专业的热等静压技术、服务和解决方案。

钢研昊普的成立，将推动热等静压技术整合，助力热等静压技术发展，促进中国热等静压技术与应用快速进入全球市场。借助中国钢研平台和影响力，钢研昊普将全面服务高端产品制造，提高先进材料质量，提升国际竞争能力，持续为国民经济和国家发展贡献力量。

2020年7月8日-10日钢研昊普科技有限公司参展上海新国际博览会。热等静压技术可以说是3D打印（增材制造）行业最好的帮手，来自增材制造的各种零部件，都极大的收益于热等静压技术的支持。 在3D打印快速成型的过程中，不可避免的出现内部缺陷，例如微小的孔洞和裂纹，这些缺陷的存在，都限制了3D打印材料的工业应用。这时，热等静压技术作为3D打印后续处理步骤，可以完全消除3D打印制造中残留的缺陷，极大的提高产品的机械性能，使用寿命。

经过热等静压处理过的3D打印部件，就达到了工业应用级别，可以应用在飞机发动机、结构件，燃机叶轮，人体关节植入物等等。

3D打印材料还有一个自带的最大的优点，就是其表面气密性极高，在进行热等静压处理时，不需要为其制作特殊的包套，因此处理步骤和时间都大大的缩短。热等静压因此可以快速、批量的处理3D打印产品，可以称作是一项高质量、高效率、低成本的较为完美的处理方法。

钢研昊普科技有限公司2020年8月12日参加第十三届上海国际粉末冶金、硬质合金与先进陶瓷展览会。热等静压粉末冶金整体成形技术是利用高温高压，结合模具控形技术和计算机仿真模拟技术，使松散的粉末在压力和温度的驱动下，实现粉末成形和致密的方法。该技术成形的零件组织均匀，同时力学性能与同材质锻件相当，尺寸精度较高，且材料利用率超过90%, 是世界范围内最具发展潜力的成形技术。建立在粉末冶金的优势上，热等静压技术可使成型的粉末更加致密，机械性能和疲劳寿命极大提升。 近终成形 Near Net Shape，NNS ·设计灵活·低机加工成本·无焊接痕迹

·超声波无损探伤·两种以上金属材料坯料。

热等静压技术作为一项重要的先进材料生产解决方案，服务对象现已逐渐从金属材料扩展到陶瓷材料、复合材料；从航空领域逐渐扩展到汽车、医疗、消费电子等领域。钢研昊普作为国内领先的热等静压加工服务商，正全身心的投入到为客户提供热等静压先进技术解决方案的实践中。为全面提升材料质量提供支撑与保障。

热等静压是一种提高材料质量的特殊热处理工艺

   热等静压（Hot Isostatic Pressing，HIP）是一种对金属或陶瓷材料的特殊热处理工艺，是制备高性能材料的重要手段。该工艺技术可用于粉末冶金成型或对成型后的铸件（钛合金、高温合金、铝合金等疏松缩孔铸件)进行致密化处理。经过热等静压处理，材料的耐磨、耐腐蚀性以及机械性能会获得极大的提升，疲劳寿命可增加10~100倍。加工特点：高温，最高可达2000℃；高压，最大可达200 MPa；等静压力，利用惰性气体作为传压介质，相同的压力从各个方向均匀作用于部件表面。主要应用材料体系：高温合金、钛合金、铝合金、铜合金、难熔金属、硬质合金、不锈钢、耐蚀合金，陶瓷、复合材料、电子材料、功能材料等。

使用热等静压极大的提升材料机械性能，使其疲劳寿命增加10~100倍。我们都知道，任何材料制成的制品都有一定的使用寿命，不可能无限期的使用下去，造成材料失效的根本原因有两种，一种是材料内部结构发生变化，即由于外界环境的干扰使材料的成分发生变化，新的成分无法达到合适的性能，材料随即失效； 另一种更为常见的原因是，由于材料内部残留杂质，微小裂纹，孔洞等，形成了性能突变点，我们称之为材料缺陷，在材料工作状态时，例如材料受到高温循环和应力循环时，在性能突变的位置会产生应力集中效应，最终在该点产生疲劳扩散，使材料断裂失效。 目前任何一种传统成型方法，都无法直接消除材料内部残留的缺陷，都需要进行后续的处理加工。

当然，在常规的工作环境中，不需要对材料的性能提出过高要求，在不影响材料使用的情况下，一些缺陷是允许存在的。 但是在某些特殊工作环境下，如飞机发动机、核反应堆、重型燃机、军事装备、海底石油开采等情况下，材料需要承受极高的温度，压力，振幅或腐蚀性环境，此时对材料的性能要求也就极高，不仅需要有超高的强度，韧性，抗腐蚀性，还要有极高的稳定性。此时，消除材料内部缺陷就变得尤为重要。

热等静压作为一种特殊的金属热处理工艺，目前是最有效的消除材料内部缺陷的热处理方法，也是使材料内部缺陷最少的材料成型方法。因此，热等静压是世界范围内，各领域重要关键零部件的例行加工步骤。根据待加工产品的需求，可将热等静压处理服务分为以下三类：致密化处理，消除材料及制品内部缺陷，达到理论密度；扩散连接，将两种或多种金属一体化。

热等静压粉末冶金，HIP粉末成型，高性能、低成本

材料服役过程中，材料内部残留的孔隙和微小裂纹既是断裂萌生点，也是磨损和腐蚀萌生点。在飞机发动机，核反应堆，重型燃机，军事装备等复杂工作环境中，一旦材料发生断裂失效，将造成极严重的后果。而经过热等静压处理，材料内部组织结构发生致密化，孔隙和缺陷全部消失，形成了均匀致密的整体，极大的提高材料的耐磨、耐腐蚀性，机械性能及疲劳强度。

在铸造工艺中，由于材料冷却时温度扩散不均匀会产生内部疏松、偏析、缩孔、微裂纹等工艺固有缺陷，降低材料性能、使用寿命和稳定性。同样，在金属注射成型和3D打印工艺中也存在着材料内部结构疏松，残留部分缺陷的问题。

热等静压致密化处理是指将铸件、注射成型或3D打印制品等内部存在缺陷的产品，至于高温环境下，通过惰性气体作为传力介质，对其施加各项等同的等静压力，迫使制品固态相下发生形变，原子层面上发生扩散，内部孔隙和微小裂纹消失，以消除材料内部断裂萌生点（应力集中点），从而极大的提升制品整体性能。

l 内部缺陷消除 – 消除缩松、缩孔、偏析

l 大幅提升疲劳寿命 – 10~100倍

l 提升延展性和断裂韧性

l 制品可达到理论密度

l 耐磨，耐腐蚀性极大提高

l 消除材料内部应力

   在过去的50余年中，利用热等静压对材料，尤其是铸件，进行热等静压处理，是提升产品质量的重要工序。钢研昊普在国内致密化处理业务上一直处于行业领导者的地位，也是过去几十年里国内关键产品质量的重要保障。 近年来随着人们对产品质量的整体提升，致密化处理业务逐渐扩展到更多的应用范围，全面的提高了个领域民品质量。钢研昊普秉持行业领导者的责任，坚持拥有最大加工能力和加工范围，为客户提共最前沿的技术保和最值得信赖的服务质量。

工业制造中，工程师们通常将不同的材料粘接在一起以获得最佳的材料性能组合，但常规的焊接方式往往无法实现或者效果不佳，尤其是对异形件或尺寸较大部件的连接。热等静压可以通过高温高压的作用，可将两种或两种以上的金属材料或陶瓷材料之间实现固-固连接，固-粉连接，粉-粉连接，使多种材料整体化。与其他连接技术相比，两种材料的交界处紧密结合，无缺陷，交界处性能与母材无差别。

|连接相同性能材料时，由于界面不产生液相，界面结合强度与母材相当，连接不同性能材料时界面可实现良好的冶金结合，且性能不低于两种材料中的较低者

|可以连接接触面具有复杂形状的零件，并实现严格的尺寸控制

|可在一道工序中连接多个同类或异类材料

|可快速实现大面积的连接

|可使采用常规焊接方法无法连接的脆性金属，或熔点相差较大的金属，实现固态连接

|由于作用在零件上的等静压力高且均匀因此减少及消除了在连接区外侧的微小气孔或裂纹

|无传统焊接工艺中产生的焊缝、热影响区、表面气孔、夹杂、咬边、裂缝等缺陷

由于不同金属热膨胀系数不同，受热时会在交界面处产生位错和内应力，影响连接效果。钢研昊普工程师们近年来在扩散连接技术上取得了飞跃式的进步，开发出不同材料间的连接技术，将该技术应用到更多种类的材料上，如铜、不锈钢、钨合金、钴基合金、镍基合金、铬、钼等。

·粉末冶金近终成形

热等静压一次成型，高性能、低成本

热等静压粉末冶金是指利用热等静压工艺，将粉末状原材料灌装于特殊设计的包套中，在高温高压和等静压力作用下直接烧结成指定形状的产品，建立在粉末冶金优势的基础上，热等静压技术可以使粉末状材料固结成更加致密，性能更高的成品。

·设计灵活 - 设计成与最终制品几乎相同的形状，减少原料浪费，机加工程序，和运输时间。

·晶粒细小均匀，具有各向同性的材料性能- 耐磨，耐腐蚀，机械性能提升，寿命超长。

·制备高温合金材料 – 温度达到熔点的0.8倍即可。

·内部均一致密 – 超声波检测无影响。

·不产生液相 - 最大程度减小偏析，提高材料耐腐蚀性。

·可以实现两种不同金属材料锭坯料的制备 - 双金属仍可进行后续的锻造及挤压等加工。

领域介绍

航空航天

生产尺寸更大，性能更高的航空发动机机匣，实现超长航线飞行

   为了满足目前航空航天行业的发展趋势，突破航空发动机关键技术，加快推进航空发动机产业化成为核心内容之一。航空发动机的零件种类多种多样，主要采用铝合金，钛合金，高温合金，合金钢等多种材料制造。因此，其成形技术十分复杂与多样。随着发动机向轻量化，高性能和长寿命方向发展，零件必须采用高性能材料和整体成形技术才能满足以上要求。热等静压整体成形技术，尤其在钛合金、镍基高温合金构件制造方面显示出了强大的技术优势和经济优势。通过热等静压技术的处理，零部件可以达到100%致密化，消除钛合金和高温合金精密铸造工艺固有内部缺陷，例如气孔、内部裂缝、局部疏松等，从而在提高部件整体力学性能，尤其是疲劳性能，同时降低成本，提高能源效率。

重型燃机

保证燃机部件在超高温，超高速环境下稳定运行

作为迄今为止热-功转换效率最高的动力机械，重型燃机广泛应用于机械驱动（如舰船、火车）和大型电站。重燃机作为一种旋转叶轮式发动机，燃气轮机叶片是重燃机最核心的部件，因为叶轮要长期在1400℃－1600℃的高温下稳定工作，这是一种对材料质量和性能都极高要求的工作环境，因此重燃机叶片都需采用高温合金材料制作。

   铸造过程中，材料的夹渣、裂纹、疏松、气孔以及变形等，都会影响叶片的强度和性能。而这些缺陷在本身的生产工艺中是不可能避免的，只能通过后续极限处理使其变成可能，热等静压就是其中一项重要的工艺。

   热等静压处理后的高温合金可以基本完全消除精密铸造中所残留的缺陷以及变形的问题，大大提升了材料的性能和抗疲劳能力，从而明显的提高了重燃机的使用寿命，而去对比单晶叶片又有巨大的成本上的优势。目前重燃机叶片工作时间提升到了3万小时到5万小时不等，比传统不经过热等静压处理的部件提升近50％的使用寿命。

增材制造

热等静压可快速、大批量处理3D打印产品，保证3D打印材料的工业应用

在增材制造的过程中，内部将残留气孔和微裂纹等缺陷，缺陷的尺寸、类型将由具体的打印工艺参数决定。 这些缺陷对材料的力学性能，特别是疲劳性能影响非常大。而通过热等静压处理，这些缺陷都可以被消除，材料的密度将达到理论值。

通过HIP处理的最大好处是，由于消除了缺陷带来的应力集中，可以极大的改善疲劳性能，如图所示， HIP 的材料疲劳强度比铸态、固溶退火态材料都有显著提升。

疲劳强度对某些重要部件，如航空航天组件和医疗植入物，来说是非常重要的因素，因此对于这些部件，HIP处理是一道例行工序。HIP处理过的制品屈服强度相较于原始材料会有所下降，但提升了延展性。 由于在增材制造的过程中，材料会承担每秒几千度的冷却速度，因此会产生高屈服强度。后续进行常规热处理时，如HIP处理和退火处理，微观组织会变粗，导致屈服强度降低，但延展性提升。

无论在3D打印过程中内部产生微量孔隙还是大量孔隙， 都可以通过HIP处理全部消除，因此，无需对一次加工得3D打印制品提出过高的要求，可生产大批“低质量产品” 随后通过热等静压批量处理使产品达到要求，节省了时间和成本。 此外，由于在增材制造中材料的孔隙在内部是均匀分布的，在HIP致密化的过程中，各个方向体积收缩是均匀的，不会出现一般粉末冶金近终成型工艺中出现的形变，同时制品的残余应力会得到释放，实现了一举多得的效果。

其它领域

除上述重点领域应用外，热等静压还被应用于通用工业，例如石油天然气、汽车、工模具材料、医疗、消费电子、功能陶瓷、挤出机/注塑机、溅射靶材等。